DE20309965U1

DE20309965U1 - Cooling a computer component

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Publication number: DE20309965U1
Application number: DE20309965U
Authority: DE
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2013-06-28
Also published as: EP1491987A2; EP1491987A3; EP1491987B1

Description

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BeschreibungDescription

Kühlung eines ComputerbauteilsCooling a computer component

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines hitzeentwickelnden Bauteils im Gehäuse eines Computers, wobei ein erster Kühlkörper in der Nähe des hitzeentwickelden Bauteils angeordnet ist.The invention relates to a device for cooling a heat-generating component in the housing of a computer, wherein a first heat sink is arranged in the vicinity of the heat-generating component.

Die durch den Betrieb von Computern, an Computerbauteilen entstehende Abwärmeleistung nimmt durch die gesteigerte Rechenleistung der Computerbauteile insbesondere der CPUs stark zu. Wird diese Abwärme nicht zuverlässig von dem hitzeentwikkelnden Computerbauteil abgeführt, so droht eine thermische Überbelastung des Computerbauteils, deren Folge schließlich eine Zerstörung des Computerbauteils ist.The waste heat generated by computer components when computers are in operation is increasing significantly due to the increased computing power of computer components, particularly CPUs. If this waste heat is not reliably dissipated by the heat-generating computer component, there is a risk of thermal overload of the computer component, which will ultimately result in the destruction of the computer component.

Zur Erhaltung der Funktion und Betriebssicherheit des Computerbauteils ist deshalb die Ableitung der Abwärme von immen-0 ser Bedeutung. Es sind dazu verschiedene Systeme und Anordnungen bekannt, die allesamt zum allgemein bekannten Stand der Technik zählen. Dies sind in einer beispielhaften Aufzählung: To maintain the functionality and operational reliability of the computer component, the removal of waste heat is therefore of immense importance. Various systems and arrangements are known for this purpose, all of which are generally considered to be state of the art. These are, in an example list:

1. Große Kühlkörper in direkter Verbindung mit dem hitzeent-1. Large heat sinks in direct connection with the heat dissipation

5 wickelnden Bauteil, sowie Lüfter die eine Umströmung von Luft um das hitzeentwickelnde Bauteil und den damit verbundenen Kühlkörper bewirken.5 winding component, as well as fans that cause air to flow around the heat-generating component and the associated heat sink.

2. Peltier-Kühlungen.2. Peltier cooling.

3. Kühlkreisläufe mit zum Beispiel Wasser als Medium.3. Cooling circuits with, for example, water as a medium.

4. Lüfterkaskaden, die für ausreichend kühle Frischluft im Gehäuse eines Computers sorgen.4. Fan cascades that ensure sufficient cool fresh air in the case of a computer.

Um bei diesen Systemen der ständig steigenden Abwärme gerecht zu werden, müssen die Dimensionierungen dieser Systeme dem 5 Abwärmebedarf angepaßt werden. Dies führt zu mehr Lüftern oder größeren Kühlkörpern. Die Folge ist eine höhere Geräuschentwicklung, und/o.der..ein ge rincjer.es..,Platzangebot an ver-In order to cope with the constantly increasing waste heat in these systems, the dimensions of these systems must be adapted to the waste heat requirement. This leads to more fans or larger heat sinks. The result is more noise and/or a reduced space available for various

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fügbaren Raum im Gehäuse eines Computers durch größer gewordene Kühlkörper.available space in the case of a computer due to larger heat sinks.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, dem gestiegenen Bedarf an Kühlung gerecht zu werden, ohne dabei zusätzliche Geräuschentwicklung zu verursachen.The aim of the invention is to meet the increased demand for cooling without causing additional noise.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Kühlung eines hitzeentwickelnden Bauteils im Gehäuse eines Computers, wobei ein erster Kühlkörper in der Nähe des hitzeentwickelden Bauteils angeordnet ist, und wobei ein zweiter Kühlkörper mit dem ersten Kühlkörper über zumindest ein Wärmerohr verbunden ist, und der zweite Kühlkörper von Außenluft umgeben ist.This object is achieved by a device for cooling a heat-generating component in the housing of a computer, wherein a first heat sink is arranged in the vicinity of the heat-generating component, and wherein a second heat sink is connected to the first heat sink via at least one heat pipe, and the second heat sink is surrounded by outside air.

Dabei wird vorteilhaft die geringere Temperatur der Außenluft genutzt. Die thermische Energie des hitzeentwickelnden Bauteils wird von diesem über den ersten Kühlkörper abgeführt und teilweise an die Innenluft im Gehäuse abgegeben. Es steigt dadurch die Temperatur im Gehäuse an. Mit steigender 0 Temperatur im Gehäuse nimmt die Menge an abführbarer Wärmeenergie über die Gehäuse-Innenluft ab. Erfindungsgemäß ist mit dem ersten Kühlkörper ein Wärmerohr verbunden, das eine energetische Verbindung mit einem zweiten Kühlkörper herstellt. In diesem Wärmerohr befindet sich ein Medium, das an der Ver-5 bindungssteile zum ersten Kühlkörper verdampft und an der Verbindungsstelle zum zweiten Kühlkörper kondensiert. Beim Verdampfungsprozeß nimmt das Medium Wärme auf, der Dampf steigt innerhalb des Wärmerohres zum zweiten Kühlkörper und gibt dort durch einen Kondensationsprozeß die Wärme an diesen 0 Kühlkörper ab. Dieser Prozeß findet in vorbestimmten Temperaturbereichen an den beiden Kühlkörpern statt und ist geräuschlos und verschleißfrei. Das kondensierte Medium fließt innerhalb des Wärmerohres zurück zur Kontaktstelle mit dem ersten Kühlkörper. Es wird somit der zweite Kühlkörper zur Energieabgabe von Abwärmeenergie an die das Gehäuse umgebende Außenluft genutzt.The lower temperature of the outside air is advantageously used here. The thermal energy of the heat-generating component is dissipated by the component via the first heat sink and partially released into the air inside the housing. This causes the temperature in the housing to rise. As the temperature in the housing increases, the amount of thermal energy that can be dissipated via the air inside the housing decreases. According to the invention, a heat pipe is connected to the first heat sink, which creates an energetic connection with a second heat sink. This heat pipe contains a medium that evaporates at the connection point to the first heat sink and condenses at the connection point to the second heat sink. During the evaporation process, the medium absorbs heat, the vapor rises within the heat pipe to the second heat sink, where it releases the heat to this heat sink through a condensation process. This process takes place in predetermined temperature ranges on the two heat sinks and is noiseless and wear-free. The condensed medium flows back within the heat pipe to the contact point with the first heat sink. The second heat sink is thus used to dissipate waste heat energy into the outside air surrounding the housing.

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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Strömung der Gehäuse-Innenluft durch einen ersten Ventilator angeregt. Der Ventilator ist hierzu unmittelbar auf den ersten Kühlkörper montiert oder es wird zur Anregung der Strömung der Gehäuse-Innenluft ein Ventilator im Stromversorgungsmodul verwendet.In an advantageous embodiment, the flow of the air inside the housing is stimulated by a first fan. The fan is mounted directly on the first heat sink or a fan in the power supply module is used to stimulate the flow of the air inside the housing.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der zweite Kühlkörper nicht unmittelbar an der Gehäuseaußenwand angeordnet, sondern in einem gehäuseinternen Kühlluftschacht angeordnet, der mit Außenluft durchströmt wird. Dieser Kühlluftschacht hat keine Verbindung mit der Innenluft des Gehäuses die durch die hitzeentwickelnden Bauteile erwärmt wird, so daß sichergestellt ist, daß der zweite Kühlkörper ausschließlich von der kühleren Außenluft umströmt wird. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, daß der zweite Kühlkörper ebenso wie alle anderen Komponenten des Computers durch das Gehäuse geschützt ist. Ebenso ist damit ein optimierter Arbeitspunkt für das Wärmerohr einstellbar.In a further advantageous embodiment, the second heat sink is not arranged directly on the outer wall of the housing, but rather in a cooling air duct inside the housing through which outside air flows. This cooling air duct has no connection with the air inside the housing, which is heated by the heat-generating components, so that it is ensured that the second heat sink is only surrounded by the cooler outside air. The advantage of this embodiment is that the second heat sink, like all other components of the computer, is protected by the housing. This also makes it possible to set an optimized operating point for the heat pipe.

Um die Kühlleistung vorteilhaft zu verbessern, kann in diesem Kühlluftschacht ein zweiter Ventilator installiert werden. Dabei ist dieser zweite Ventilator in einer weiteren Ausführungsform so regelbar, daß seine Drehzahl und die damit einhergehende Geräuschentwicklung abhängig von der erfordern 5 chen Kühlleistung gesteuert wird.In order to improve the cooling performance, a second fan can be installed in this cooling air shaft. In a further embodiment, this second fan can be regulated so that its speed and the associated noise development are controlled depending on the required cooling performance.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, den Kühlluftschacht, in dem der zweite Kühlkörper angeordnet ist, so auszugestalten, daß er eine Öffnung zur Gehäuseinnenseite 0 aufweist und damit auch zum Abtransport bereits erwärmter Innenluft verwendbar ist. Diese Ausführungsform bietet die Möglichkeit, in Abwandlung zu der oben genannten Ausführungsform den Arbeitspunkt des gesamten Kühlsystems auf die am Einsatzort vorherrschenden Bedingungen optimal abzustimmen. 35A further embodiment of the invention provides for the cooling air shaft in which the second cooling body is arranged to be designed in such a way that it has an opening to the inside of the housing 0 and can therefore also be used to remove already heated internal air. This embodiment offers the possibility, in a modification to the above-mentioned embodiment, of optimally adjusting the operating point of the entire cooling system to the conditions prevailing at the place of use. 35

Im folgenden ist die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert.In the following, the invention is explained in more detail using some embodiments and figures.

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Es zeigt:It shows:

Figur 1 einen ersten Kühlkörper 1 und einen zweiten Kühlkörper 2, die verbunden sind mit einem Wärmerohr 3 und in einem Gehäuse 7 angeordnet sind, undFigure 1 shows a first heat sink 1 and a second heat sink 2, which are connected to a heat pipe 3 and arranged in a housing 7, and

Figur 2 die Anordnung aus Figur 1 mit einem Lüfter, und Figur 3 eine Ausfuhrungsform der Erfindung, undFigure 2 shows the arrangement of Figure 1 with a fan, and Figure 3 shows an embodiment of the invention, and

Figur 4 eine weitere Ausführungform der Erfindung.Figure 4 shows a further embodiment of the invention.

Figur 1 stellt einen ersten Kühlkörper 1 und einen zweiten Kühlkörper 2, die verbunden sind mit einem Wärmerohr 3 und in einem Gehäuse 7 eines Computers angeordnet sind, dar. Das Wärmerohr 3 ist an seinem einen Ende mit dem Kühlkörper 1 verbunden und an seinem zweiten Ende mit dem Kühlkörper 2 verbunden. Die Verwendung von zwei Wärmerohren, wie in der 0 Figur 1 dargestellt, stellt keine Vor- und Rücklaufleitung dar, sondern zwei in sich geschlossene Wärmerohre, die durch einen Verdampfungsprozeß des innerhalb der Wärmerohre befindlichen Mediums, Wärmeenergie an der Stelle des Kühlkörpers 1 aufnehmen, wobei das Medium in Gasform zum Kühlkörper 2 aufsteigt, dort kondensiert und als Kondensat zum Kühlkörper 1 zurückfließt. Dieser Kreislauf findet innerhalb eines jeden der beiden dargestellten Rohre statt. Die Verwendung von zwei Rohren ist vorteilhaft gegenüber der Verwendung von einem Rohr, da damit eine höhere Wärmeleistung in gleichmässiger 0 Verteilung abgeführt werden kann. Der Kühlkörper 2 wird, bedingt durch die Anordnung ausserhalb des Gehäuses 7 von Luft umströmt, deren Temperatur geringer ist, als die Luft innerhalb des Gehäuses 7.Figure 1 shows a first heat sink 1 and a second heat sink 2, which are connected to a heat pipe 3 and arranged in a housing 7 of a computer. The heat pipe 3 is connected at one end to the heat sink 1 and at its second end to the heat sink 2. The use of two heat pipes, as shown in Figure 1, does not represent a supply and return line, but two self-contained heat pipes which absorb heat energy at the location of the heat sink 1 through an evaporation process of the medium inside the heat pipes, the medium rising in gaseous form to the heat sink 2, condensing there and flowing back to the heat sink 1 as condensate. This cycle takes place within each of the two pipes shown. The use of two pipes is advantageous over the use of one pipe, as this allows a higher heat output to be dissipated in an even distribution. Due to its arrangement outside the housing 7, the heat sink 2 is surrounded by air whose temperature is lower than the air inside the housing 7.

5 Figur 2 zeigt die Verwendung der Kühlvorrichtung in einem Gehäuse 7, wobei der Kühlkörper 1 auf eine CPU montiert ist und zusätzlich mit einem ersten Lüfter 5 versehen ist. Dieser5 Figure 2 shows the use of the cooling device in a housing 7, wherein the heat sink 1 is mounted on a CPU and is additionally provided with a first fan 5. This

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Lüfter 5 regt die Strömung der Kühlluft innerhalb des Gehäuses 7 insbesondere um die Kühllamellen des ersten Kühlkörpers an. Der zweite Kühlkörper 2 befindet sich räumlich oberhalb des ersten Kühlkörpers, so daß die Funktion des Wärmerohres 3 gegeben ist.Fan 5 stimulates the flow of cooling air within the housing 7, in particular around the cooling fins of the first heat sink. The second heat sink 2 is located spatially above the first heat sink, so that the function of the heat pipe 3 is ensured.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt, in der ein Kühlluftschacht 4 innerhalb des Gehäuses 7 angeordnet ist, indessen wiederum sich der Kühlkörper 2 befindet. Durch den Kühlluftschacht ist gewährleistet, daß der Kühlkörper 2 trotz seiner Lage innerhalb des Gehäuses 7 ausschließlich von kühlerer Außenluft umströmt wird. Auch hier befindet sich der erste Kühlkörper 1 auf der CPU und der zweite Kühlkörper 2 räumlich überhalb des ersten Kühlkörpers 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Wärmerohr 3 zur Übertragung der Wärmeenergie von dem ersten Kühlkörper 1 und zweiten Kühlkörper 2 vorgesehen. Alternativ ist zur besseren Kühlung des Kühlkörpers 2 ein zweiter Ventilator 6 in den Kühlluftschacht anordenbar, so daß die Kühlleistung erhöhbar ist.A further advantageous embodiment of the invention is shown in Figure 3, in which a cooling air duct 4 is arranged within the housing 7, in which the heat sink 2 is located. The cooling air duct ensures that the heat sink 2 is only surrounded by cooler outside air despite its position within the housing 7. Here too, the first heat sink 1 is located on the CPU and the second heat sink 2 is located spatially above the first heat sink 1. In this embodiment, a heat pipe 3 is provided for transferring the thermal energy from the first heat sink 1 and second heat sink 2. Alternatively, a second fan 6 can be arranged in the cooling air duct for better cooling of the heat sink 2, so that the cooling performance can be increased.

Figur 4 stellt eine alternative Ausführungsform der in Figur 3 dargestellten Variante dar. So ist der Kühlluftschacht, in dem der zweite Kühlkörper 2 angeordnet ist, mit einer Öffnung in Richtung Gehäuseinneres versehen, so daß über diesen Kühlluftschacht Gehäuse-Innenluft nach außen abtransportiert und damit zusätzlich Wärme von dem Kühlkörper 2 aufnehmen kann. Diese beiden in Figur 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen haben ihren Vorteil jeweils darin, daß damit das Kühlsystem 0 im gesamten unterschiedlichen Ansprüchen und Standortbedingungen anpaßbar ist. Damit kann auch erreicht werden, daß das Wärmerohr, das oft auch als Heat-Pipe bezeichnet wird, in einem optimierten Arbeitspunkt betrieben wird, oder daß der Gehäuseinnenraum für Geräteeinbauten genutzt werden kann.Figure 4 shows an alternative embodiment of the variant shown in Figure 3. The cooling air duct in which the second heat sink 2 is arranged is provided with an opening towards the inside of the housing, so that air inside the housing is transported out via this cooling air duct and can thus absorb additional heat from the heat sink 2. These two embodiments shown in Figures 3 and 4 each have the advantage that the cooling system 0 can be adapted to different requirements and location conditions. This also makes it possible to ensure that the heat pipe, which is often also referred to as a heat pipe, is operated at an optimized operating point, or that the interior of the housing can be used for device installations.

Claims

1. Device for cooling a heat-generating component in the housing ( 7 ) of a computer, wherein a first heat sink ( 1 ) is arranged in the vicinity of the heat-generating component, characterized in that a second heat sink ( 2 ) is connected to the first heat sink ( 1 ) via at least one heat pipe ( 3 ), and the second heat sink ( 2 ) is surrounded by outside air.

2. Device according to protection claim 1, characterized in that the heat pipe ( 3 ) is filled with a medium which evaporates on the first heat sink ( 1 ) and condenses on the second heat sink ( 2 ).

3. Device according to protection claims 1-2, characterized in that the flow of the housing interior air is stimulated by a first fan ( 5 ).

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-generating computer component is a CPU.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the second cooling body ( 2 ) is embedded in a cooling air shaft ( 4 ) which is arranged inside the housing ( 7 ) and through which outside air flows separately from the inside air.

6. Device according to protection claim 4, characterized in that the cooling air shaft has an opening towards the inside of the housing, whereby air inside the housing flows outwards through the cooling air shaft and around the second heat sink ( 2 ).

7. Device according to protection claims 4 to 5, characterized in that the flow in the cooling air shaft ( 4 ) is stimulated by a second fan ( 6 ).

8. Device according to protection claim 6, characterized in that the fan ( 6 ) is controllable depending on the heat energy to be dissipated.